氯乙烯精馏工艺初步设计毕业论文(编辑修改稿)

氯乙烯精馏工艺初步设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

高沸物分离出去，才能得到较纯净 的精氯乙烯。 低沸塔及配套设备有低沸塔塔体、塔底再沸器，塔顶冷凝器，低塔回流 罐 ，低塔回流泵组成，塔体内径 ，高约 20m，塔板数32 块，进料板为塔顶往下数第 3 块板，进料板以上称为精馏段，有 2 块板，进料板以下称为提馏段，有 29 块板，每块塔板上有降液管和径向侧导喷射塔盘（专利技术），塔底再沸器通过热水加热使釜液沸腾汽化，产生上升的蒸汽，进料液（粗氯乙烯）和回流液沿着塔板一块一块向下流动 ， 在塔板上气相在液相中鼓泡分散，充分接触，部分蒸汽冷凝，放出的热量又使部分液体汽化，冷凝时乙炔（易挥发组分）冷凝少些，氯乙烯 和高沸物冷凝多些，相反汽化时乙炔（易挥发组分）气化 多些，氯乙烯和高沸物 气化 少些，每块板都一样，这样蒸汽每经过一块板，乙炔含量就增大一次，到塔顶时就几乎是纯乙炔了，塔顶冷凝器也相 当 于一块塔板，相当于用水使部分蒸汽间接冷凝而非 用 板上液层，向下流的液体每经过一块板，乙炔（易挥发组分）含量就减少一次，到塔底时就几乎全是氯乙烯和高沸物氯乙烯精馏工艺初步设计 了 ， 因此 低沸物 乙炔（包括 N2,H2）就被分离出去了。 二、 高沸塔的生产原理 低沸塔塔釜排出的粗氯乙烯还含有高沸物，还需用高沸塔把它们分离出 去。 这时氯乙烯又变成了易挥发组分了。 高沸塔 及其配套设备与低沸塔一样，塔体内径 ，高约 25m，塔板数 44 块，进料板为塔顶往下数第 30 块板，进料板以上称为精馏段，有 29 块板，进料板以下称为提留段，有 14 块板，塔板结构和原理与低沸塔相似，只不过是从塔顶出来的几乎是纯氯乙烯（易挥发组分），除少量经塔顶冷凝器冷凝回流外，大部分经成品冷凝器冷凝， 再 经固碱干燥塔除 去 水份后就得到精氯乙烯单体。 而从塔底排出的则绝大部分是高沸物了。 这样就把高沸物分离除去了。 精馏塔主要控制参数对产品质量的影响 一、 压力：精馏塔的操作压力是设计时选定的，应维持稳定， 可通过调节尾气流量来调节。 二、 温度：我们前面已介绍过，精馏塔每块 塔 板上都处于一个动态并由温 度对应的汽液平衡状态，也对应 着 一个动态的汽液平衡组成，因此塔顶和塔釜的温度往往决定 着 塔顶产品和塔釜产品的质量。 对于低沸塔，我们主要取塔底产品，若单体含乙炔高时，可提高塔顶和塔底温度，提高上升蒸汽量，从而使对应的塔釜液中 C2H2 组成相应下降，改善塔底产品质量。 对于高沸塔，我们主要取塔顶产品，若单体中含高沸物高时，可降低塔顶和塔底温度，降低上升蒸汽量，从而使对应的塔顶蒸汽中高沸物组成相应下降，改善塔顶产品质量。 温度的 调节可控制塔顶、塔釜的冷、热介质流量。 三、 回流比： 回流比不仅决定产品的产量也影响到产品的质量，虽然设计时已选定了，但也可小 幅度调整。 如单体含 C2H2高时， 可 相应减少低沸塔回流比，提高上升蒸汽量，使塔釜中 C2H2 更多的蒸出，改善釜底产品质量。 如单体中含高沸物高时，可加大高沸塔回流比，加大塔内下降液 体 流量，使上升蒸汽中高沸物多冷凝一些，防止带到塔顶，减少塔顶蒸汽中高沸物含量，改善塔顶产品质量。 氯乙烯精馏工艺初步设计 氯乙烯的性质 物理性质 氯乙烯在通常情况下为无色、易燃、有特殊香味的气体，稍加压力条件下，可 以很容易地转变为液体。 氯乙烯稍溶于水，在 250 C 时 100g 水中可溶解 氯乙烯；水在氯乙烯内的溶解度，在 150 C 时， 100g 氯乙烯可溶解 水。 氯乙烯可溶于烃类、丙酮、乙醇、含氯溶剂如二氯乙烷及多种有机溶剂内。 氯乙烯有较好的机械强度，优异的电介性能，但对光和热的稳定性差，其化学式为 CHCLCH 2 ,分子量为 ，熔点为 ，沸点 ，临界压力为，临界温度为 C，气化热为 330J/g，与空气形成爆炸性混合物，其爆炸浓度范围为 4%22%（体积比）。 氯乙烯蒸汽压力和温度的关系： 表 氯乙烯的蒸汽压表 温度 0 C 压力 mmHg 温度 0 C 压力 mmHg 2258 3027 3789 4492 4500 5434 6676 氯乙烯精馏工艺初步设计 7586 液体氯乙烯的密度与温度的关系： 表 液体氯乙烯的密度 温度 0 C 密度 g/ml 温度 0 C 密度 g/ml 08955 潜热即蒸发或冷凝 1g 氯乙烯所需的热量，其与温度关系如下： 表 氯乙烯的潜热 温度 0 C 潜热 cal/g 温度 0 C 潜热 cal/g 20 20 温度 0 C 潜热 cal/g 温度 0 C 潜热 cal/g 10 30 0 40 10 50 氯乙烯在水中的溶解度如下： 表 常压下氯乙烯在水中的溶解度 温度 0 C 0 10 15 20 28 溶解度 体积 /体积水 氯乙烯精馏工艺初步设计 化学性质 腐蚀性：干燥态氯乙烯不具腐蚀 性，但含水状态下会腐蚀铁及不锈钢。 感光性：会进行迅速的光化学氧化作用与聚合反应。 危害性聚合：（ 1）于空气中或遇热、日光会会产生危害性聚合反应。 （ 2）通常加酚为抑制剂以防止聚合。 反应性与不相容性：（ 1）与铜、铝和催化性不纯物等金属、空气、氧、阳光、点火源、氧化剂接触起激烈聚合反应。 （ 2）受热及未添加或耗尽抑制剂的情形下会发生放射性聚合反应。 （ 3）氯乙烯和大气中的氧以及强氧化剂反应会发生过氧化物，并会起剧烈的聚合反应。 分解性：燃烧会发生 HCl,CO, 2CO 及高毒性 之光气烟雾。 氯乙烯的两个反应部分，氯原子和双键，能进行的化学反应很多。 但一般来讲，连接在双键上的氯原子不太活泼，所以有关双键的反应则比有关氯原子的反应很多，现各举一两个例子如下： 有关氯原子的反应： 与丁二酸氢钾反应生成丁二酸乙烯脂： 与苛性钠共热时，脱掉氯乙烯生成乙炔： 有关双键的反应： 与氯乙烯加成生成二氯乙烷： 在紫外线照射下能与硫化氢加成生成 2氯乙硫醇： 氯乙烯通过聚合反应可生成聚氯乙烯。 氯乙烯是重要的有机化工产品，它的主要用途是生产聚聚氯乙烯。 氯乙烯的两个起反应部分，氯原子和双键 ，能进行的化学反应很多。 由于双键的存在，因此氯乙烯能发生氧化、加成、裂解、取代、均聚、共聚等一些列化学反应。 氯乙烯精馏工艺初步设计 第二章 主要设备工艺计算 物料恒算 精馏段的物料恒算 料液及塔顶 .塔底产品的乙炔摩尔分数 . 26 26FX 9 9 9 0 0 260 0 260 0 DX 0 0 0 4 8 26 26wX 平均摩尔质量 . )/g()( K m o lKM F )/g(0 2 )9 9 9 ( 9 9 K m o lKM D  )/g(4 8 )0 0 0 4 8 ( 0 0 4 8 K m o lKM F  总物料衡算： F`=D`+W`= )/g( 5 2 5243 3 02 0 0 0 0 0 0 0 hK 易挥发组分物料衡算： `+`= = 联立以上两式得： D`= )/g( hK W`= )/g( hK D= )h/m o l( ` KMD D  h/molK W= )h/m o l(0 8 4 8 5 6 3 7 9` KMW W  氯乙烯精馏工艺初步设计 F= )h/m o l( ` KMF F  塔板数的确定 理论塔板数的确定 泡点进料： q=1 q 线方程为 : X=XF= 查《化学工程手册》表 4 45 得相对挥发度 a=. 相平衡线方程为 xxy  联立 q 线方程与相平衡方程得： xd= yd= Rmin=  dd dD xy yx R= 2Rmin= 2= 精馏段操作线方程为  xxXRxR RyD L`=L+qL=RD+qF= +1 =(Kmol/h) V`=V(1q)F=(R+1)D= =(Kmol/h) 提馏方程为 `` ` wxWL WxWL Ly = y1=XD= 根据相平衡线方程 y=  求得 x1= 根据精馏段操作线方程 y2=+ 得 y2= 依次交替计算得： x2= y2= x3= y4= 氯乙烯精馏工艺初步设计 x4= y5= x5= 求得 x5〈 xF,则第 5 层塔板为进料板 ,精馏段所需理论塔板数为 51=4 块 . 将 x5= 代入提留段操作线方程 y= 得 y6= 将 y6= 代入相平衡线方程 y=  得 x6= 依次交替计算得： y7=00278 x7= y8= x8= 求得 x8〈 3 块理论板 . 全塔总效率 ET. 根据公式 ET= 根据塔顶 .塔釜液相组成 .查《化学工程手册》得乙炔 u1= 103mpa s 氯乙烯 u2= um= 103+() = s ET===66% 实际塔板数 . 精馏塔 N 精 = )( 4 块 提留段 N 提 = )( 3 块 塔的工艺条件及物性数据计算 精馏段： 1 操作压力为 Pm 塔顶压力： PD=4+5 =（ kpa） 氯乙烯精馏工艺初步设计 若取每层塔板压降 kpap  则进料板压 力 PF=PD+7 p =+7 =(kpa) 精馏段平均操作压力 Pm= )k p a( 1 22 1 1 02  FD PP 2 温度 《化学工程手册》计算出乙炔 .氯乙烯气压与沸点温度的关系如下表 ： 表 氯乙烯气压与沸点温度的关系 T/℃ kpa/)( 22。 HCAp kpa/)( 22。 HCAp 根据上表计算出乙炔气、液组成与表 温度对应的关系 .如下表 ： 表 乙炔气、液组成与表 温度对应的关系 T X Y 1 1 氯乙烯精馏工艺初步设计 0 0 通过试差计算： P= )1(xxx ABAABBAA xpppp 。 塔顶温度 tD=℃ 进料板 tF=℃ tm,精 = ℃  FD tt ⒊平均摩尔质量 M . 塔顶 xD=y1= x1= M = 26+() =(kg/kmol) )/()9 9 0 (269 9 0 k m o lkgM LD  进料板 ` Fy ` Fx VFM = 26+() =(kg/kmol) m o l )6 1 . 0 0 ( k g / k6 2 50 . 0 4 1 2 )1(260 4 1 LFM 精馏段的平均摩尔质量： )/( . k m o lkgMMM VFVDV 精 )/(6 7 . k m o lkgMMM LFLDL 精 ⒋平均密度 ( m ) ⑴ 液相密度 mL. BLBALAmL ...1   ( 为质量分数 ) 塔顶： 980 759 . mL得mL.1 =(kg/m3) 精馏段平均液相密度 )/(4 5 2 02 7 6 52 3... mkgmLFmLmL   精 ⑵ 气相密度 mv. . 氯乙烯精馏工艺初步设计 )/()( 3, mkgRTMm   精精 ⑶ 液体表面张力 m . )/(4 7 0 )9 9 9 ( 9 9 . mmNDm  )/()0 4 1 ( 4 1 . mmNDm  )m/mN( 7 0 , 精m ⑷ 液体黏度 . )(0 1 6 )0 4 1 ( 4 1 3. sm p aPL   )(1 9 1 )9 9 9 ( 9 9 9 3. sm p aDL   )(1 0 4 2 ... smp aDLFLmL   精 精馏段气液负荷计算 V=(R+1)D=(+1) =(kmol/h) Vs= .. 。